揭秘Vue从Virtual DOM生成真实DOM的过程-白红宇

一、Virtual DOM简介

真实DOM

从上图可以看出，真实的DOM元素是非常庞大，这是因为浏览器的标准把DOM设计的非常复杂（一个DOM对象包含了许多属性，如上图所示）。当我们频繁地去做DOM更新，相应就会产生性能问题。

虚拟Virtual DOM

为了解决频繁操作DOM的性能问题，Virtual DOM就孕育而生了。虚拟的Virtual DOM就是用一个原生JS对象去描述一个DOM节点。因而它比创建一个真实DOM的代价要小很多。

二、Virtual DOM生到真实DOM的过程（Vue）

1、定义VNode

在Vue中，VNode是调用render function生成的虚拟节点（Virtual DOM），它是JavaScript对象，使用了对象属性来描述节点。实际上是一层对真实DOM的封装。Virtual DOM性能好，得益于js的执行速度。将真实的创建节点、删除节点、修改节点等一系列复杂的DOM操作全部交给Virtual DOM实现。这样相对于使用js innerHTML粗暴地重排重绘页面性能大大提高。

VNode对象的属性

我们来看下Vue.js 2.x版本的源码，关于VNode的定义，VNode对象定义如下属性：

在src/core/vdom/vnode.js文件

export default class VNode {  tag: string | void;  data: VNodeData | void;  children: ?Array
    
     ;  text: string | void;  elm: Node | void;  ns: string | void;  context: Component | void;  key: string | number | void;  componentOptions: VNodeComponentOptions | void;  componentInstance: Component | void;  component instance  parent: VNode | void; // component placeholder node  // strictly internal  raw: boolean; // contains raw HTML? (server only)  isStatic: boolean; // hoisted static node  isRootInsert: boolean; // necessary for enter transition check  isComment: boolean; // empty comment placeholder?  isCloned: boolean; // is a cloned node?  isOnce: boolean; // is a v-once node?  asyncFactory: Function | void; // async component factory function  asyncMeta: Object | void;  isAsyncPlaceholder: boolean;  ssrContext: Object | void;  fnContext: Component | void; // real context vm for functional nodes  fnOptions: ?ComponentOptions; // for SSR caching  devtoolsMeta: ?Object; // used to store functional render context for devtools  fnScopeId: ?string; // functional scope id support  constructor (    tag?: string,    data?: VNodeData,    children?: ?Array
     
      ,    text?: string,    elm?: Node,    context?: Component,    componentOptions?: VNodeComponentOptions,    asyncFactory?: Function  ) {    this.tag = tag    this.data = data    this.children = children    this.text = text    this.elm = elm    this.ns = undefined    this.context = context    this.fnContext = undefined    this.fnOptions = undefined    this.fnScopeId = undefined    this.key = data && data.key    this.componentOptions = componentOptions    this.componentInstance = undefined    this.parent = undefined    this.raw = false    this.isStatic = false    this.isRootInsert = true    this.isComment = false    this.isCloned = false    this.isOnce = false    this.asyncFactory = asyncFactory    this.asyncMeta = undefined    this.isAsyncPlaceholder = false  }  // DEPRECATED: alias for componentInstance for backwards compat.  /* istanbul ignore next */  get child (): Component | void {    return this.componentInstance  }}复制代码

一个VNode对象包含以下属性：

tag：当前节点的标签名

data：当前节点的数据对象，具体包含哪些字段可以参考Vue源码 types/vnode.d.ts 中对VNodeData的定义

children：数组类型，当前节点的子节点

text：当前节点的文本

elm：当前虚拟节点对应的真实

ns：当前节点的namespace命名空间

context：当前节点的编译作用域

key：节点的key属性，用于作为节点的标识，有利于patch的优化

componentOptions：创建组件实例会用到的选项信息

componentInstance：当期节点对应的组件实例

parent：当前节点的父节点

raw：判断是否为HTML或普通文本，innerHTML的时候为true，innerText的时候为false

isStatic：静态节点的标识

isRootInsert：是否作为根节点插入，被包裹的节点，该属性的值为false

isComment：当前节点是否是注释节点

isCloned：当前节点是否为克隆节点

isOnce：是否有v-once指令
...

VNode分类

EmptyNode：没有内容的注释节点

TextVNode：文本节点

ElementVNode：普通元素节点

ComponentVNode：组件节点

CloneVNode：克隆节点，可以是以上任意类型的节点，唯一区别在于isCloned属性为true
...

2、createELement

src/core/vdom/create-element.js文件

const SIMPLE_NORMALIZE = 1const ALWAYS_NORMALIZE = 2// wrapper function for providing a more flexible interface// without getting yelled at by flowexport function createElement (  context: Component,  tag: any,  data: any,  children: any,  normalizationType: any,  alwaysNormalize: boolean): VNode | Array
    
      {  // 兼容不传data的情况  if (Array.isArray(data) || isPrimitive(data)) {    normalizationType = children    children = data    data = undefined  }  if (isTrue(alwaysNormalize)) {    normalizationType = ALWAYS_NORMALIZE  }  // 调用_createElement创建虚拟节点  return _createElement(context, tag, data, children, normalizationType)}export function _createElement (  context: Component,  tag?: string | Class
     
       | Function | Object,  data?: VNodeData,  children?: any,  normalizationType?: number): VNode | Array
      
        {  // 判断是否是__ob__响应式数据，不允许VNode是响应式data  if (isDef(data) && isDef((data: any).__ob__)) {    process.env.NODE_ENV !== 'production' && warn(      `Avoid using observed data object as vnode data: ${JSON.stringify(data)}\n` +      'Always create fresh vnode data objects in each render!',      context    )    return createEmptyVNode() // 返回一个注释节点  }  // object syntax in v-bind  if (isDef(data) && isDef(data.is)) {    tag = data.is  }  // 当组件的is属性被设置为falsy的值  // 创建一个没有内容的注释节点  if (!tag) {    return createEmptyVNode()  }    // warn against non-primitive key  if (process.env.NODE_ENV !== 'production' &&    isDef(data) && isDef(data.key) && !isPrimitive(data.key)  ) {    if (!__WEEX__ || !('@binding' in data.key)) {      warn(        'Avoid using non-primitive value as key, ' +        'use string/number value instead.',        context      )    }  }  // support single function children as default scoped slot  if (Array.isArray(children) &&    typeof children[0] === 'function'  ) {    data = data || {}    data.scopedSlots = { default: children[0] }    children.length = 0  }  // 根据normalizationType的值，选择不同的处理方法  if (normalizationType === ALWAYS_NORMALIZE) {    children = normalizeChildren(children)// 对多层嵌套的children处理，返回一维数组  } else if (normalizationType === SIMPLE_NORMALIZE) {    children = simpleNormalizeChildren(children)// 对只有一级children做处理，返回一维数组  }  let vnode, ns  // 判断tag是否是字符串类型  if (typeof tag === 'string') {    let Ctor    // 配置标签名的命名空间    ns = (context.$vnode && context.$vnode.ns) || config.getTagNamespace(tag)    // 判断tag是否是HTML的保留标签    if (config.isReservedTag(tag)) {      // 是保留标签，创建保留标签的VNode      vnode = new VNode(        config.parsePlatformTagName(tag), data, children,        undefined, undefined, context      )    // 判断tag是否是component组件    } else if ((!data || !data.pre) && isDef(Ctor = resolveAsset(context.$options, 'components', tag))) {      // 是组件标签，创建一个componentVNode      vnode = createComponent(Ctor, data, context, children, tag)    } else {      // 兜底方案，创建一个空的注释节点      vnode = new VNode(        tag, data, children,        undefined, undefined, context      )    }  } else {    // direct component options / constructor    vnode = createComponent(tag, data, context, children)  }  if (Array.isArray(vnode)) {    return vnode  } else if (isDef(vnode)) {    if (isDef(ns)) applyNS(vnode, ns)    if (isDef(data)) registerDeepBindings(data)    return vnode  } else {    return createEmptyVNode()  }}复制代码

createElement逻辑梳理成如下的流程图：

createElement阶段是将所有children转换成一位数组，方便后续操作。

3、update

Vue的_update是一个私有方法，它被调用的有2个时机，一个是首次渲染，一个是数据更新。我们来看下首次渲染，调用了updateComponent方法，代码如下：

在src/core/instance/lifecycle.js文件

updateComponent = () => {    vm._update(vm._render(), hydrating)}复制代码

Vue.prototype._update = function (vnode: VNode, hydrating?: boolean) {    const vm: Component = this    const prevEl = vm.$el    const prevVnode = vm._vnode    const restoreActiveInstance = setActiveInstance(vm)    vm._vnode = vnode    // Vue.prototype.__patch__ is injected in entry points    // based on the rendering backend used.    // 如果需要diff的prevVnode不存在，那么就用新的vnode创建一个真实dom节点    if (!prevVnode) {      // initial render      // $el参数为真实的dom节点      vm.$el = vm.__patch__(vm.$el, vnode, hydrating, false /* removeOnly */)    } else {      // updates      // prevVnode存在，传入prevVnode和vnode进行diff，完成真实dom的更新工作      vm.$el = vm.__patch__(prevVnode, vnode)    }    restoreActiveInstance()    // update __vue__ reference    if (prevEl) {      prevEl.__vue__ = null    }    if (vm.$el) {      vm.$el.__vue__ = vm    }    // if parent is an HOC, update its $el as well    if (vm.$vnode && vm.$parent && vm.$vnode === vm.$parent._vnode) {      vm.$parent.$el = vm.$el    }    // updated hook is called by the scheduler to ensure that children are    // updated in a parent's updated hook. }复制代码

从上面源码看，_update方法调用了一个核心方法__patch__，这可以说是整个Virtual DOM构建真实DOM最核心的方法。其主要完成了新的虚拟节点和旧的虚拟节点的diff过程，经过patch过程之后生成真实的DOM节点并完成视图更新的工作。

4、Patch

__patch__方法是将新老VNode节点进行对比，然后将根据两者的比较结果进行最小单位地修改视图。patch的核心在于diff算法，这套算法可以高效地比较VNode的变更。

diff算法

我们先大致了解下diff算法，这一算法是通过同层的树节点进行比较而非对树的逐层搜索遍历，所以时间复杂度只有O(n)，性能相当高效。

上面2张图代表旧的VNode和新的VNode使用diff算法比较的过程，它们只是在同层比较得到变化（第二张图中相同颜色方块代表互相进行比较的VNode节点），然后修改变化后的视图，修改单位较小，所以十分高效。

我们再来看下patch的源码：

src/core/vdom/patch.js文件

return function patch (oldVnode, vnode, hydrating, removeOnly) {    // vnode不存在则直接调用销毁钩子    if (isUndef(vnode)) {      if (isDef(oldVnode)) invokeDestroyHook(oldVnode)      return    }    let isInitialPatch = false    const insertedVnodeQueue = []    if (isUndef(oldVnode)) {      // empty mount (likely as component), create new root element      // oldVnode未定义的时候，其实也就是root节点，创建一个新的的节点      isInitialPatch = true      createElm(vnode, insertedVnodeQueue)    } else {      const isRealElement = isDef(oldVnode.nodeType)      if (!isRealElement && sameVnode(oldVnode, vnode)) {        // patch existing root node        // 是同一个节点的时候，直接修改现有的节点        patchVnode(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue, null, null, removeOnly)      } else {        if (isRealElement) {          // mounting to a real element          // check if this is server-rendered content and if we can perform          // a successful hydration.          if (oldVnode.nodeType === 1 && oldVnode.hasAttribute(SSR_ATTR)) {          // 当旧的VNode是服务端渲染的元素，hydrating标记为true          oldVnode.removeAttribute(SSR_ATTR)            hydrating = true          }          if (isTrue(hydrating)) {            // 需要合并到真实DOM上            if (hydrate(oldVnode, vnode, insertedVnodeQueue)) {              // 调用insert钩子              invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, true)              return oldVnode            } else if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {              warn(                'The client-side rendered virtual DOM tree is not matching ' +                'server-rendered content. This is likely caused by incorrect ' +                'HTML markup, for example nesting block-level elements inside ' +                ', or missing . Bailing hydration and performing ' +                'full client-side render.'              )            }          }          // either not server-rendered, or hydration failed.          // create an empty node and replace it          // 如果不是服务器端渲染或是合并到真实DOM失败，创建一个空节点          oldVnode = emptyNodeAt(oldVnode)        }        // replacing existing element        const oldElm = oldVnode.elm        const parentElm = nodeOps.parentNode(oldElm)        // create new node        // 虚拟节点创建真实的 DOM 并插入到它的父节点中        createElm(          vnode,          insertedVnodeQueue,          // extremely rare edge case: do not insert if old element is in a          // leaving transition. Only happens when combining transition +          // keep-alive + HOCs. (#4590)          oldElm._leaveCb ? null : parentElm,          nodeOps.nextSibling(oldElm)        )        // update parent placeholder node element, recursively        if (isDef(vnode.parent)) {          // 组件根节点被替换，遍历更新父节点element          let ancestor = vnode.parent          const patchable = isPatchable(vnode)          while (ancestor) {            for (let i = 0; i < cbs.destroy.length; ++i) {              cbs.destroy[i](ancestor)            }            ancestor.elm = vnode.elm            if (patchable) {              for (let i = 0; i < cbs.create.length; ++i) {                cbs.create[i](emptyNode, ancestor)              }              // #6513              // invoke insert hooks that may have been merged by create hooks.              // e.g. for directives that uses the "inserted" hook.              const insert = ancestor.data.hook.insert              if (insert.merged) {                // start at index 1 to avoid re-invoking component mounted hook                for (let i = 1; i < insert.fns.length; i++) {                  insert.fns[i]()                }              }            } else {              registerRef(ancestor)            }            ancestor = ancestor.parent          }        }        // destroy old node        if (isDef(parentElm)) {          // 移除老节点          removeVnodes(parentElm, [oldVnode], 0, 0)        } else if (isDef(oldVnode.tag)) {          // 调用destroy钩子          invokeDestroyHook(oldVnode)        }      }    }        // 调用insert钩子    invokeInsertHook(vnode, insertedVnodeQueue, isInitialPatch)    return vnode.elm}复制代码

从patch代码中不难发现，当oldVnode和vnode在sameVnode同一个节点的情况才会调用patchVnode，否则就会创建新的DOM，移除旧的DOM。

patchVnode的规则是这样的:

1）如果oldVnode和vnode完全一致，那么不需要做任何事情。

2）如果oldVnode和vnode都是静态节点，且具有相同的key，当vnode是克隆节点或是v-once指令控制的节点时，只需要把oldVnode.elm和oldVnode.child都复制到vnode上，也不用再有其他操作。

3）新老节点均有children子节点，则对子节点进行diff操作，调用updateChildren，这个updateChildren也是diff的核心。

4）当老节点没有子节点而新节点存在子节点，先清空老节点DOM的文本内容，然后为当前DOM节点加入子节点。

5）当新节点没有子节点而老节点有子节点的时候，直接移除该DOM节点的所有子节点。

6）当新老节点都无子节点的时候，只是文本的替换。

我们来看下diff的核心，updateChildren函数，源码如下：

function updateChildren (parentElm, oldCh, newCh, insertedVnodeQueue, removeOnly) {    let oldStartIdx = 0    let newStartIdx = 0    let oldEndIdx = oldCh.length - 1    let oldStartVnode = oldCh[0]    let oldEndVnode = oldCh[oldEndIdx]    let newEndIdx = newCh.length - 1    let newStartVnode = newCh[0]    let newEndVnode = newCh[newEndIdx]    let oldKeyToIdx, idxInOld, vnodeToMove, refElm    // removeOnly is a special flag used only by 
    
         // to ensure removed elements stay in correct relative positions    // during leaving transitions    const canMove = !removeOnly    if (process.env.NODE_ENV !== 'production') {      checkDuplicateKeys(newCh)    }    while (oldStartIdx <= oldEndIdx && newStartIdx <= newEndIdx) {      if (isUndef(oldStartVnode)) {        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx] // Vnode has been moved left      } else if (isUndef(oldEndVnode)) {        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)) {        // 如果oldStartVnode和newStartVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode        patchVnode(oldStartVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]// oldStartIdx向右移动        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]// newStartIdx向右移动      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)) {        // 如果oldEndVnode，newEndVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode        patchVnode(oldEndVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]// oldEndIdx向左移动        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]// newEndIdx向左移动      } else if (sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)) { // Vnode moved right        // 如果oldStartVnode和newEndVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode        patchVnode(oldStartVnode, newEndVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newEndIdx)        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldStartVnode.elm, nodeOps.nextSibling(oldEndVnode.elm))        oldStartVnode = oldCh[++oldStartIdx]// oldStartIdx向右移动        newEndVnode = newCh[--newEndIdx]// newEndIdx向左移动      } else if (sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)) { // Vnode moved left        // 如果oldEndVnode和newStartVnode是同一个VNode，递归调用patchVnode        patchVnode(oldEndVnode, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)        canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, oldEndVnode.elm, oldStartVnode.elm)        oldEndVnode = oldCh[--oldEndIdx]// oldEndIdx向右移动        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]// newStartIdx向左移动      } else {        /*          生成一个key与旧VNode的key对应的哈希表（只有第一次进来undefined的时候会生成，也为后面检测重复的key值做铺垫）          比如childre是这样的 [{xx: xx, key: 'key0'}, {xx: xx, key: 'key1'}, {xx: xx, key: 'key2'}]  beginIdx = 0   endIdx = 2            结果生成{key0: 0, key1: 1, key2: 2}        */        if (isUndef(oldKeyToIdx)) oldKeyToIdx = createKeyToOldIdx(oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)        /*如果newStartVnode新的VNode节点存在key并且这个key在oldVnode中能找到则返回这个节点的idxInOld（即第几个节点，下标）*/        idxInOld = isDef(newStartVnode.key)          ? oldKeyToIdx[newStartVnode.key]          : findIdxInOld(newStartVnode, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)        if (isUndef(idxInOld)) { // New element          /*newStartVnode没有key或者是该key没有在老节点中找到则创建一个新的节点*/          createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)        } else {          /*获取同key的老节点*/          vnodeToMove = oldCh[idxInOld]          if (sameVnode(vnodeToMove, newStartVnode)) {           /*如果新VNode与得到的有相同key的节点是同一个VNode则进行patchVnode*/            patchVnode(vnodeToMove, newStartVnode, insertedVnodeQueue, newCh, newStartIdx)            oldCh[idxInOld] = undefined            canMove && nodeOps.insertBefore(parentElm, vnodeToMove.elm, oldStartVnode.elm)          } else {            // same key but different element. treat as new element            /*当新的VNode与找到的同样key的VNode不是sameVNode的时候（比如说tag不一样或者是有不一样type的input标签），创建一个新的节点*/            createElm(newStartVnode, insertedVnodeQueue, parentElm, oldStartVnode.elm, false, newCh, newStartIdx)          }        }        newStartVnode = newCh[++newStartIdx]      }    }    if (oldStartIdx > oldEndIdx) {      /*全部比较完成以后，发现oldStartIdx > oldEndIdx的话，说明老节点已经遍历完了，新节点比老节点多，所以这时候多出来的新节点需要一个一个创建出来加入到真实DOM中*/      refElm = isUndef(newCh[newEndIdx + 1]) ? null : newCh[newEndIdx + 1].elm      addVnodes(parentElm, refElm, newCh, newStartIdx, newEndIdx, insertedVnodeQueue)    } else if (newStartIdx > newEndIdx) {      /*如果全部比较完成以后发现newStartIdx > newEndIdx，则说明新节点已经遍历完了，老节点多余新节点，这个时候需要将多余的老节点从真实DOM中移除*/      removeVnodes(parentElm, oldCh, oldStartIdx, oldEndIdx)    }}复制代码

看完updateChildren源码，对于其算法思想还是有点模糊，那我们通过图来捋捋思路：

首先，在新老两个VNode节点的左右头尾两侧都有一个变量标记，在遍历过程中这几个变量都会向中间靠拢。当oldStartIdx > oldEndIdx或者newStartIdx > newEndIdx时结束循环。

索引与VNode节点的对应关系：
oldStartIdx => oldStartVnode
oldEndIdx => oldEndVnode
newStartIdx => newStartVnode
newEndIdx => newEndVnode

在遍历中，如果存在key，并且满足sameVnode，会将该DOM节点进行复用，否则则会创建一个新的DOM节点。将oldStartVnode、oldEndVnode与newStartVnode、newEndVnode两两比较一共有2*2=4种比较方法。
- 当新老VNode节点的start或者end满足sameVnode时，也就是sameVnode(oldStartVnode, newStartVnode)或者sameVnode(oldEndVnode, newEndVnode)，直接将该VNode节点进行patchVnode即可。
- 如果oldStartIdx与newEndIdx满足sameVnode，即sameVnode(oldStartVnode, newEndVnode)。这时候说明oldStartVnode已经跑到了oldEndVnode后面去了，进行patchVnode的同时还需要将真实DOM节点移动到oldEndVnode的后面。
- 如果oldEndIdx与newStartIdx满足sameVnode，即sameVnode(oldEndVnode, newStartVnode)。这说明oldEndVnode跑到了oldStartVnode的前面，进行patchVnode的同时真实的DOM节点移动到了oldStartVnode的前面。

如果以上情况均不符合，则通过createKeyToOldIdx会得到一个oldKeyToIdx，里面存放了一个key为旧的VNode，value为对应index序列的哈希表。从这个哈希表中可以找到是否有与newStartVnode一致key的旧的VNode节点，如果同时满足sameVnode，patchVnode的同时会将这个真实DOM（elmToMove）移动到oldStartVnode对应的真实DOM的前面。
- 当然也有可能newStartVnode在旧的VNode节点找不到一致的key，或者是即便key相同却不是sameVnode，这个时候会调用createElm创建一个新的DOM节点。

到这里循环已经结束了，那么剩下我们还需要处理多余或者不够的真实DOM节点。
- 当结束时oldStartIdx > oldEndIdx，这个时候老的VNode节点已经遍历完了，但是新的节点还没有。说明了新的VNode节点实际上比老的VNode节点多，也就是比真实DOM多，需要将剩下的（也就是新增的）VNode节点插入到真实DOM节点中去，此时调用addVnodes（批量调用createElm的接口将这些节点加入到真实DOM中去）。
- 同理，当newStartIdx > newEndIdx时，新的VNode节点已经遍历完了，但是老的节点还有剩余，说明真实DOM节点多余了，需要从文档中删除，这时候调用removeVnodes将这些多余的真实DOM删除。

小结

Virtual DOM经历了createElement生成VNode、update视图更新、patch比较新旧虚拟节点并创建DOM元素这几个关键步骤才生成了真实的DOM。其中patch函数在比较新旧VNode，采用了diff算法，其算法思想源于snabbdom，有兴趣可以进一步研究~~